Ferngesteuerte gentechnisch veränderte Fliege mit Nanopartikeln

• Eine neue Methode der Magnetstimulation ermöglicht es Ihnen, Neuronen in einer Fruchtfliege gezielt zu aktivieren
• Dazu wurden Nanopartikel in die Ionenkanäle des Nervensystems von Insekten implantiert, die mit einem Magneten erhitzt werden können.
• Technik soll in Zukunft die Basis für Anwendungen in der Medizin sein und Blinden den Sehsinn zurückgeben.

Die Neuronen einer gentechnisch veränderten Fliege lassen sich durch implantierte Nanopartikel fernsteuern. Langfristig wird die Magnetstimulation beispielsweise in der Medizin zum Einsatz kommen, um Blinden das Sehen zu ermöglichen.

Houston (USA). Ein Team von Neurowissenschaftlern der Brown University und der Baylor School of Medicine unter der Leitung von Jacob Robinson von der Rice University hat eine drahtlose Technik entwickelt, die es ihnen ermöglicht, Neuronen in Fruchtfliegen nahezu in Echtzeit selektiv zu aktivieren. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse könnten künftig als Grundlage für verschiedene medizinische Anwendungen dienen.

„Um das Gehirn zu untersuchen oder neurologische Erkrankungen zu behandeln, suchen Wissenschaftler nach Instrumenten, die unglaublich genau und minimalinvasiv sind. Die Fernsteuerung ausgewählter neuronaler Schaltkreise mit Magnetfeldern ist eine Art heiliger Gral für die Neurotechnologie. Unsere Arbeit ist ein wichtiger Schritt dazu.“ Richtung, weil es die Geschwindigkeit der magnetischen Fernbedienung erhöht und sie näher an die natürliche Geschwindigkeit des Gehirns bringt “, erklärt Robinson.

Ionenkanal-aktivierte Neuronen

Laut Robinson kann die neue Technologie Neuronen etwa 50-mal schneller aktivieren als bisher verwendete Magnetstimulationstechnologien. „Wir haben uns weiterentwickelt, weil der Hauptautor Charles Sebesta die Idee hatte, einen neuen Ionenkanal zu verwenden, der empfindlich auf die Geschwindigkeit von Temperaturänderungen reagiert. Indem wir Experten aus Gentechnik, Nanotechnologie und Elektrotechnik zusammengebracht haben, konnten wir alle Teile vereinen und beweisen, dass diese Idee funktioniert. Das war wirklich eine Teamleistung von Weltklasse-Wissenschaftlern, mit denen wir das Glück hatten, zusammenzuarbeiten “, sagte Robinson.

In Fruchtfliegen injizierte Nanopartikel

In ihrer Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Nature Materials erklären die Forscher, dass sie im Nervensystem der Fruchtfliege gentechnisch einen speziellen Ionenkanal exprimiert haben, der durch Hitze aktiviert werden kann. Um den Kanal „fernzusteuern“, haben die Forscher den Fliegen Nanopartikel implantiert, die durch ein Magnetfeld im Körper des Insekts erhitzt werden können.

Anschließend platzierten sie die gentechnisch veränderten Tiere auf einer Platte, auf der eine Kamera und ein Elektromagnet platziert waren. Sie konnten die Bewegungen von Fliegen und Reaktionen auf das Magnetfeld detailliert dokumentieren.

Entwicklung von Gehirnkommunikationstechnologien

„Langfristiges Ziel dieser Arbeit ist es, Methoden zu entwickeln, mit denen bestimmte Hirnregionen beim Menschen ohne Operation zu therapeutischen Zwecken aktiviert werden können“, erklärt Robinson. Diese Technologie könnte in Zukunft beispielsweise Blinden das Sehvermögen wiederherstellen, indem sie gezielt die entsprechenden Hirnregionen stimuliert.

„Um die natürliche Genauigkeit des Gehirns zu erreichen, müssen wir wahrscheinlich eine Antwort im Bereich von wenigen Hundertstelsekunden erhalten. Wir haben also noch einen langen Weg vor uns“, sagte Robinson.

Naturmaterialien, doi: 10.1038 / s41563-022-01281-7